CN115093055B - 适用于强酸溶液的反渗透膜涂层及反渗透膜体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于强酸溶液的反渗透膜体，以被渗透处理的纯水流动方向从上到下依次包括：第一无纺布，上表面从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层、脱盐层、多孔过滤材料层或从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层、多孔过滤材料层；第二无纺布，上表面从上到下依次涂布聚酰胺层、多孔支撑层；包含活性炭的反应层，设置在粗孔无纺布和细孔无纺布之间。本发明的适用于强酸溶液的反渗透膜体可以对强酸溶液进行反渗透处理，使用寿命较长，脱盐率较为稳定。
Description
技术领域
本发明涉及反渗透膜生产领域，具体涉及适用于强酸溶液的反渗透膜涂层及反渗透膜体。
背景技术
常规的反渗透膜一般由无纺布、喷涂在无纺布上的支撑层(多孔的聚砜层)以及设置在支撑层上的脱盐层构成。不同层膜的选择(配方)制得的反渗透膜其水通量、脱盐率以及使用水压以及适用环境有着较大的差别。
常规的反渗透膜的脱盐层主要为聚酰胺，在含有高浓度的盐酸和余氯的酸性溶液中，氯离子是可以透过反渗透膜的，而且对于反渗透膜没有影响。但是余氯与聚酰胺接触将会破坏聚酰胺层，导致脱盐效果降低，反渗透使用寿命急剧缩短。要使反渗透膜正常工作，需要进水中的游离氯要降到0.05ppm以下。
申请号为CN201010129173.5，名为一种耐酸型复合反渗透膜，在多孔支撑膜上复合有一层高分子脱盐层，在高分子脱盐层上有一层耐酸亲水高分子功能材料层，实现反渗透膜耐酸的目的。该技术方案可以应对弱酸环形下的使用，在强酸环境下，较多的余氯将快速的把聚酰胺复合膜破坏掉，从而导致脱盐率急剧下降，同时反渗透膜的使用寿命急剧降低。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供适用于强酸溶液的反渗透膜涂层及反渗透膜体，可以对强酸溶液进行反渗透处理，使用寿命较长，脱盐率较为稳定。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：
适用于强酸溶液的反渗透膜涂层，以被渗透处理的纯水流动方向从头到尾依次包括耐酸层、反应层和功能层；
所述耐酸层包括堆叠的多孔过滤材料和耐酸亲水高分子材料；
所述反应层包括活性炭粉末以及将活性炭粉末固定并具有粘附力的高分子材料；
功能层包括堆叠的多孔支撑材料和脱盐高分子材料。
进一步地，所述耐酸层以被渗透处理的纯水流动方向从外到内依次包括耐酸亲水高分子材料层、脱盐层、多孔过滤材料层或依次包括耐酸亲水高分子材料层、多孔过滤材料层，所述耐酸亲水高分子材料为聚酰胺和聚偏二氟乙烯的聚合物；所述多孔过滤材料包括以聚砜为材料的支撑层。
进一步地，所述耐酸层的制备包括以下步骤：
将聚砜、与二甲基乙酰胺混合再进行涂布、凝胶和水洗得到基础膜；
在基础膜上依次涂布水相铸膜液、油相铸膜液，再经过聚合反应后形成脱盐膜层；
在脱盐膜上涂布聚酰胺和聚偏二氟乙烯的聚合物形成耐酸亲水高分层。
进一步地，所述反应层以被渗透处理的纯水流动方向从外到内依次包括活性炭粉末与具有粘附力的高分子材料的混合层以及活性炭粉末层。
所述具有粘附力的高分子材料为以聚砜为材料的支撑层铸膜液或聚酰胺。
进一步地，所述反应层的制备包括以下步骤：
通过将聚砜、颗粒直径为5～10um的活性炭粉末与二甲基乙酰胺混合，再涂布成40～100um的厚度的凝胶状态膜；
在凝胶状态膜上喷洒颗粒直径为5～20um的活性炭粉末，喷洒厚度为喷洒的活性炭颗粒直径值；
将喷洒活性炭粉末的凝胶状态膜干燥后水洗得到。
进一步地，所述功能层以被渗透处理的纯水流动方向从外到内依次包括聚酰胺层、多孔支撑层。
一种反渗透膜体，以被渗透处理的纯水流动方向从上到下依次包括：
第一无纺布，上表面从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层、脱盐层、多孔过滤材料层或从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层、多孔过滤材料层；
第二无纺布，上表面从上到下依次涂布聚酰胺层、多孔支撑层；
包含活性炭的反应层，设置在粗孔无纺布和细孔无纺布之间。
进一步地，所述反应层包括活性炭粉末与具有粘附力的高分子材料混合的混合层以及活性炭粉末层。
进一步地，所述反应层还包括第三无纺布，上表面从上到下依次涂布混合层和活性炭粉末层。
进一步地，第一无纺布和第二无纺布之间以及第二无纺布和第三无纺布之间均设置透水隔膜网。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、耐酸层直接与需要反渗透过滤的原水接触，不被酸腐蚀，并一定程度的对原水中的颗粒杂质、胶体、细菌等进行过滤拦截，避免它们与反应层中活性炭接触，导致活性炭被包裹、遮挡等失去作用。
2、反应层中活性炭与水中的余氯化学反应，具体的游离余氯通过活性炭时，在其表面产生催化作用，游离余氯很快水解出氧原子〔O〕并与炭原子进行化学反应生成二氧化碳，同时原水中的HCLO也迅速转化成CO2气体，C+2Cl2+2H2O→ 4Hcl+CO2↑，通过反应降低水中的余氯含量，降低对功能层上的聚酰胺的破坏，相比直接在原带有余氯的酸性废水中加入活性炭相比，其活性炭不会被废水中的杂质包裹导致失效，同时可以保证所有需要被净化的废水都与活性炭接触，余氯可以最大可能性的被分解。
3、耐酸层和反应层中设置聚酰胺，既可以起到脱盐作用，提高整体的脱盐率同时又可以与余氯反应，提高膜体的整体使用寿命。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本实施例制备的反渗透膜的断面结构示意图。
图2为实施例中第一无纺布以及上涂布的耐酸层的断面电子显微镜照片图。
图3为实施例中第二无纺布以及上涂布的功能层的断面电子显微镜照片图。
图4为实施例中第三无纺布以及上涂布的反应层的断面电子显微镜照片图。
图中：1.第一无纺布；2.耐酸亲水高分子材料层；3.脱盐层；4.多孔过滤材料层；5.第二无纺布；6.聚酰胺层；7.多孔支撑层；8.第三无纺布；9.混合层；10. 活性炭粉末层；11.透水隔膜网。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
一种反渗透膜体，从模体外侧向内依次包括：
第一无纺布1，外表面涂布耐酸层，具体的耐酸层从外向内依次包括耐酸亲水高分子材料层2、脱盐层3、多孔过滤材料层4或从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层2、多孔过滤材料层4；多层过滤材料可以为单纯过滤的高分子结构，如以聚砜为材料制作的多孔支撑层7，也可以是具有脱盐功能的过滤材料，如聚酰胺，如果为聚酰胺则对其脱盐率要求可以较低，主要是让其与余氯反应消耗余氯；多层过滤材料主要是过滤较大颗粒的杂质，避免它们与反应层中活性炭接触，导致活性炭被包裹、遮挡等失去作用；
透水隔膜网11；
第三无纺布8，外表面涂布反应层，具体的反应层从外向内依次包括活性炭粉末与具有粘附力的高分子材料的混合的混合层9和活性炭粉末层10；具有粘附力的高分子材料为以聚砜为材料的支撑层铸膜液或界面聚合反应后的聚酰胺。
透水隔膜网11；
第二无纺布5，外表面涂布功能层，具体的功能层从外向内依次包括聚酰胺层 6、多孔支撑层7。
本实施例中模体的耐酸层的制备包括以下步骤：
将聚砜、与二甲基乙酰胺混合再进行涂布、凝胶和水洗得到基础膜；
在基础膜上依次涂布水相铸膜液、油相铸膜液，再经过聚合反应后形成脱盐膜层；
在脱盐膜上涂布聚酰胺和聚偏二氟乙烯的聚合物形成耐酸亲水高分层。
本实施例中模体的反应层的制备包括以下步骤：
通过将聚砜、颗粒直径为5～10um的活性炭粉末与二甲基乙酰胺混合，再涂布成40～100um的厚度的凝胶状态膜；
在凝胶状态膜上喷洒颗粒直径为5～20um的活性炭粉末，喷洒厚度为喷洒的活性炭颗粒直径值；
将喷洒活性炭粉末的凝胶状态膜干燥后水洗得到。
将本实施例值得的反渗透膜体正面对折，中间塞入筛网，供纯水流动，再将模体三面封边卷制得到反渗透管；将本实施例制得的反渗透管(本实验例中，耐酸层均包含具有脱盐能力的聚酰胺结构的脱盐层，以下简称A)与常规的不具有耐酸性的反渗透膜(选用德兰梅尔牌的OD10-400海水淡化卷式反渗透膜元件，以下简称 B)、申请号为CN201010129173.5，名为一种耐酸型复合反渗透膜的发明专利申请中的最佳实施方案(以下简称C)制备的反渗透膜，以及德兰梅尔牌的AS-20-35F 耐酸反渗透膜元件(以下简称D)进行实验比对。
将4组实验例对海水进行反渗透过滤，稳定后记录水通量以及脱盐率；再将4 组实验例对pH值小于1的酸性溶液(其中盐酸的浓度为3.6g/L，余氯的浓度为 15mg/L)进行反渗透过滤工作100个小时，再进行使用纯水进行反渗透漂洗，漂洗完成后，再将4组实验例对海水进行反渗透过滤，稳定后记录水通量以及脱盐率。
结果如下：
水通量(water flux)是指单位压力下，单位时间通过单位膜面积的水的体积，简称：PWP，单位是：升/平米/压力/小时，即单位膜面积，单位压力下通过膜的水的流量；PWP＝单位时间水流量*温度校正因子/TMP/膜面积；其中膜穿透压力TMP＝ (Pin+Pout)/2-Pp，即进口压力加出口压力的平均值减去滤过液压力。
脱盐率(rate of desalination)指的是在采用化学或离子交换法去除水中阴、阳离子过程中，去除的量占原量的百分数。在实际应用中一般是指反渗透系统对盐的脱除率，计算公式为：脱盐率＝(总的给水含盐量-总的产水含盐量)/总的给水含盐量×100％。
通过上述实验结果可以得出，本实施例制得的反渗透膜在对强酸性溶液进行反渗透过滤后依旧保持较高的脱盐率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.适用于强酸溶液的反渗透膜涂层，其特征在于，以被渗透处理的纯水流动方向从头到尾依次包括耐酸层、反应层和功能层；
所述耐酸层包括堆叠的多孔过滤材料和耐酸亲水高分子材料；
所述反应层包括活性炭粉末以及将活性炭粉末固定并具有粘附力的高分子材料；
功能层包括堆叠的多孔支撑材料和脱盐高分子材料；
所述耐酸层以被渗透处理的纯水流动方向从外到内依次包括耐酸亲水高分子材料层、脱盐层、多孔过滤材料层或依次包括耐酸亲水高分子材料层、多孔过滤材料层，所述耐酸亲水高分子材料为聚酰胺和聚偏二氟乙烯的聚合物；所述多孔过滤材料包括以聚砜为材料的支撑层；
所述耐酸层的制备包括以下步骤：
将聚砜、与二甲基乙酰胺混合再进行涂布、凝胶和水洗得到基础膜；
在基础膜上依次涂布水相铸膜液、油相铸膜液，再经过聚合反应后形成脱盐膜层；
在脱盐膜上涂布聚酰胺和聚偏二氟乙烯的聚合物形成耐酸亲水高分子层；
所述反应层以被渗透处理的纯水流动方向从外到内依次包括活性炭粉末与具有粘附力的高分子材料混合的混合层以及活性炭粉末层；
所述具有粘附力的高分子材料为以聚砜为材料的支撑层铸膜液或聚酰胺；
所述反应层的制备包括以下步骤：
通过将聚砜、颗粒直径为5~10um的活性炭粉末与二甲基乙酰胺混合，再涂布成40~100um的厚度的凝胶状态膜；
在凝胶状态膜上喷洒颗粒直径为5~20um的活性炭粉末，喷洒厚度为喷洒的活性炭颗粒直径值；
将喷洒活性炭粉末的凝胶状态膜干燥后水洗得到；
所述功能层以被渗透处理的纯水流动方向从外到内依次包括聚酰胺层、多孔支撑层。
2.根据权利要求1所述的适用于强酸溶液的反渗透膜涂层制备的反渗透膜体，其特征在于，以被渗透处理的纯水流动方向从上到下依次包括：
第一无纺布，上表面从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层、脱盐层、多孔过滤材料层或从上到下依次涂布耐酸亲水高分子材料层、多孔过滤材料层；
包含活性炭的反应层；
第二无纺布，上表面从上到下依次涂布聚酰胺层、多孔支撑层。
3.根据权利要求2所述的反渗透膜体，其特征在于，所述反应层包括活性炭粉末与具有粘附力的高分子材料混合的混合层以及活性炭粉末层。
4.根据权利要求3所述的反渗透膜体，其特征在于，所述反应层还包括第三无纺布，上表面从上到下依次涂布混合层和活性炭粉末层。
5.根据权利要求4所述的反渗透膜体，其特征在于，第一无纺布和第三无纺布之间以及第二无纺布和第三无纺布之间均设置透水隔膜网。
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